牧场管理与矿质施肥对巴西半干旱Lixisols土壤性质、Urochloa decumbens养分吸收和生物量生产的影响：田间表征与受控盆栽施肥试验

《Agronomy》：Pasture Management and Mineral Fertilization on Soil Properties, Plant Nutrition, and Biomass Production of Urochloa decumbens in Tropical Lixisols

　　

牧场管理与矿质施肥是影响土壤肥力和牧草产量的关键因素。然而，其对于巴西半干旱地区Lixisols土壤性质的影响以及随后对Urochloa decumbens生物量生产的影响仍不清楚。研究人员比较了短期与长期牧场的土壤性质，并评估施肥如何影响U. decumbens生长。该草种在盆中种植，土壤接受四种处理：氮（N）、磷（P）、N+P联合施肥和不施肥对照。研究人员评估了地上部干生物量、植物对施肥的响应、植物N和P浓度以及施肥对养分吸收的效应。长期管理牧场表现出较高的K⁺、土壤pH、有效P和总有机碳水平，而短期退化牧场具有较高的总氮、Mg²⁺、H⁺、Al³⁺和阳离子交换量（CEC）。N+P施肥在两种牧场条件下均显著促进U. decumbens生长，导致与对照相比更高的地上部干生物量、更高的施肥响应以及改善的N和P吸收。此外，单独施用N和P施肥促进其各自养分在植物组织中的积累，其中N施肥导致最高的植物N含量，P施肥导致最高的植物P含量。研究人员的发现表明：(i) 短期退化牧场管理改变了土壤养分状况，这可能与养分循环和土壤化学性质变化有关；(ii) 在短期退化牧场中适量施肥可提高U. decumbens生物量生产。

研究背景：热带地区草地退化是重要的环境与农业问题，土壤肥力下降会限制植物生产力、降低牧场质量并增加对原生生态系统的压力。巴西东北部牧场常存在放牧不受控、土壤肥力管理有限以及外来植物广泛种植或出现等问题。Urochloa decumbens是巴西牧场系统广泛使用的重要牧草，可在相对低肥力和季节性干旱条件下建植和生产，但在土壤退化和养分限制明显时，其生产力和营养表现可能下降。已有研究多强调土壤肥力或牧场状况的总体差异，较少关注牧场景观内坡位造成的土壤性质空间变化，以及这种变化如何转化为植物养分限制和施肥响应差异。土壤中某养分浓度高并不一定表示植物有效供应充分，因此不能仅由土壤养分浓度推断植物对施肥的响应幅度。研究人员旨在连接田间尺度土壤性质变化与受控条件下植物对养分添加的响应，评估牧场管理对巴西半干旱Lixisols土壤化学和物理性质的影响，以及土壤肥力如何影响U. decumbens生产力。

研究人员开展了田间土壤表征与温室盆栽施肥生物测定。田间部分用于表征不同牧场管理历史和不同坡位下的土壤化学与物理条件；受控微宇宙试验使用代表这些对比条件的土壤，评估U. decumbens对N、P及N+P施肥的响应。研究得出，短期退化牧场管理改变了土壤养分状况，可能伴随养分循环和土壤化学性质变化；在短期退化牧场中，合理施肥可提高U. decumbens生物量生产。其意义在于强调评估退化牧场系统时需同时考虑土壤性质和植物响应，并支持地点特异和平衡的养分管理策略，尤其是N和P供应，但田间验证仍必要。

关键技术方法：田间样本来自巴西帕拉伊巴州Remígio的Vaca Brava水文盆地两个相邻地点（Site 1：06°57′55.9″ S, 35°46′14.4″ W；Site 2：06°57′37.7″ S, 35°45′46.7″ W），土壤为Lixisols，K?ppen–Geiger“As”气候；依托2002年建立的长期田间试验，A1为长期管理牧场（LMP），A2为短期退化牧场（SDP，2018–2020记录退化管理）。每个区域设肩坡、坡中、坡脚三个坡位，每坡位10个10 m²小区，每小区20个15 cm深度土样混合；复合土用于土壤理化表征和盆栽施肥生物测定。盆栽采用完全随机4×3×2因子：不施肥、P、N、N+P，三坡位，两牧场管理，每处理10重复。测定地上干生物量、植物对施肥响应（PRF）、植物N和P浓度、施肥对植物N浓度效应（FEN）和施肥对植物P浓度效应（FEP）；统计包括主成分分析（PCA）、t检验、单因素方差分析（ANOVA）和Tukey HSD。

研究结果：
3.1 牧场管理对巴西东北部Lixisols土壤理化性质的影响。通过田间土壤采样、理化表征和PCA，发现LMP与SDP在物理和化学性质上显著不同。LMP砂、土壤粘粒絮凝（SCF）、土壤容重（SBD）较高，SDP粉粒和粘粒较高；坡脚砂、SCF、SBD较高。化学上，LMP的pH、有效P、K⁺、Na⁺和钠饱和度（SS）较高；SDP的Ca²⁺、Mg²⁺、H⁺+Al³⁺、阳离子交换量（CEC）、总有机碳（TOC）和总氮（TN）较高。坡位间差异显著，例如LMP中坡脚有效P、Na⁺和SS最高，肩坡Ca²⁺和TOC最高，坡中K⁺、Mg²⁺、H⁺+Al³⁺、CEC和TN最高；SDP中坡脚pH、有效P和K⁺最高，坡中Na⁺和SS最高，肩坡Ca²⁺、Mg²⁺、H⁺+Al³⁺、CEC、TOC和TN最高。PCA显示LMP形成明显聚类，SDP按坡位分离；LMP与交换性K、pH、有效P、SCF和TOC相关，SDP坡脚与TN、交换性Mg、H⁺+Al³⁺、粘粒和CEC相关，两个主成分解释83.46%变异。

3.2 N和P施肥对Urochloa decumbens植物响应和养分浓度的影响：受控试验生物测定。通过盆栽施肥试验，矿物施肥显著影响地上干生物量（F=12.78，p<0.0001）。在短期牧场肩坡，对照、单独N和单独P处理间无差异，NP处理显著正向；其他处理中N和P正向影响，NP最高。PRF受牧场类型、矿物施肥和坡位显著影响（F=15.21，p<0.0001）；原文报告，NP施肥在长期退化牧场和短期管理牧场中较N或P施肥提高植物响应，长期退化牧场中P施肥对植物响应有负效应。植物P含量在矿物施肥处理间存在显著差异（F=10.22，p<0.0001），但对照与矿物施肥处理间无显著差异；P施肥对植物P浓度呈正效应，N施肥呈负效应。植物N含量（F=13.44，p<0.0001）和FEN（F=16.02，p<0.0001）在长期与短期牧场间显著不同；长期牧场中，不施肥和部分矿物施肥处理下植物N含量显著降低，而N施肥显著提高植物N含量；P和NP施肥显著降低FEN，N施肥显著增强FEN。

讨论部分总结：4.1指出LMP与SDP差异是多维土壤属性响应，不能作为单一退化指标；未量化沉积物迁移，物理差异不直接证明侵蚀或沉积；无肥料或改良剂施用，不能归因于近期肥料输入；SDP较高TOC和TN应谨慎解释，未测碳稳定、分解或微生物活动，只能视为土壤库差异；施肥生物测定表明SDP中NP联合添加效应更强，可能反映该管理历史下养分有效性对植物生长限制更大，但总养分库与有效养分不同。4.2指出管理历史和坡位共同影响土壤及U. decumbens对施肥响应，支持景观退化假说；关键发现是土壤养分库与植物养分状况关系不一致，高总N与低植物N说明总N不必然等于有效N；坡位和养分组合影响响应，NP联合强于单一养分，支持复合养分限制；管理上建议基于土壤测试和地点特异性，考虑养分有效性、植物响应、坡位和N–P平衡，而非仅依据总养分浓度；局限在于控制盆栽不能复制田间全过程，未直接测淋溶、侵蚀、矿化、固定等，未来需田间研究。

研究结论翻译：本研究表明，对比牧场管理历史与巴西东北部不同坡位Lixisols土壤理化性质的显著差异相关。长期管理牧场（A1）具有较高土壤pH、有效磷和交换性钾，表明在这些性质上具有更有利于植物生产的土壤肥力状况。相反，短期未管理/退化牧场（A2）表现出较高粘粒和粉粒含量，以及较高的总有机碳和总氮。这些差异表明土壤养分库和物理条件不同，但其本身不能证明侵蚀、养分淋溶或养分循环改变等具体过程。施肥生物测定进一步表明，Urochloa decumbens对N和P联合添加响应最强，尤其在A2中，表明植物生产力可能受多种养分限制而非仅单一养分限制。然而，这些响应应在控制盆试验条件下解释，不应直接外推至田间条件。相对较高的土壤总N与某些处理下植物N降低之间的对比也突出表明，总土壤养分库不一定反映植物对养分的有效性。田间条件下，植物对施肥的响应可能因土壤性质空间变异、根系探索、水分有效性、微生物相互作用和养分动态而不同。因此，该生物测定识别了潜在养分限制，但未确定其在田间的程度或持续性，也未预测长期牧草生产力。这些发现强调，在评估退化牧场系统时，利用土壤性质和植物响应两者评价土壤肥力很重要。结果支持采用地点特异和平衡的养分管理，特别是N和P供应，作为改善植物生长的潜在策略，尽管在将这些发现转化为具体肥料推荐之前需要田间验证。需要在真实放牧和牧场管理条件下进行田间试验，重复测定植物生产力和养分有效性，以确定观察到的施肥响应是否在田间持续，并确定其农艺相关性。结果还支持考虑保持土壤覆盖和减少进一步退化的管理措施。然而，需要直接测定养分有效性、养分通量、侵蚀、沉积物再分布和淋溶，以识别导致管理历史和坡位间观察差异的过程。此类方法将改善热带环境中维持土壤肥力和牧草生产力的可持续牧场管理策略的发展。